Attapulgita– Un mineral único con grandes aplicaciones en las pinturas

La attapulgita es un silicato mineral de arcilla, llamado así por el área de Attapulgus Georgia donde se estudiaron los depósitos de EU inicialmente en 1935. La arcilla attapulgita es única por su estructura de cadena tridimensional que crea partículas en forma de aguja que no se aglomeran al exponerse a la humedad, en contraste con otras arcillas tixotrópicas. Esta naturaleza no aglomerante hace a la attapulgita una arcilla formadora de gel y tixótropo única, así como el producto preferido cuando la estabilidad dimensional es importante.

La attapulgita forma suspensiones de alta viscosidad estables a relativamente bajas concentraciones que se adelgazarán con la aplicación de esfuerzo cortante. Al dispersarse en un líquido, las partículas de arcilla forman una retícula que atrapa la fase líquida espesando el sistema. Al aplicar esfuerzo cortante a un líquido espesado con arcilla Attapulgita, la retícula formada por fuerzas electrostáticas se rompe y el l íquido fluye con facilidad. Una vez retirado el esfuerzo cortante las fuerzas electrostáticas originan que se forme una nueva retícula y el líquido se espese nuevamente. Este ciclo se puede repetir indefinidamente.

Formulando con Attapulgita Sistemas Acuosos: La attapulgita funciona en formulaciones acuosas iónicas y no iónicas. El desempeño óptimo de la attapulgita se logra cuando la arcilla se dispersa y mezcla en un medio a alto esfuerzo cortante. El uso de surfactantes en sistemas acuosos puede provocar sobre dispersión de attapulgita resultando en pérdida de desempeño.

Los productos de attapulgita se agregan por lo general directamente a la mezcla en la etapa del proceso a alta velocidad. Si no hay etapa de alto esfuerzo cortante en el proceso principal la attapulgita se puede preparar como un pre-gel utilizando una pequeña cantidad del sistema solvente acuoso. Los pre-geles se preparan típicamente a un 10 – 15 porciento en peso de arcilla en el vehículo acuoso. Esta mezcla pre-dispersada se agrega entonces al lote de producto.

Dependiendo de la aplicación y las propiedades de gel deseadas, se pueden variar la cantidad y tipo de arcilla attapulgita.

Las concentraciones típicas (por ciento en peso) para aplicaciones acuosas son:

Pinturas látex 1 – 3 por ciento

Pinturas texturizadas 2 – 4 por ciento

Uniones de cemento 3 – 5 por ciento

Mastiques 2 – 4 por ciento

Sistemas No-acuosos: La arcilla attapulgita es un material altamente hidrofílico y aunque se dispersa fácilmente en sistemas acuosos, requiere el uso de un surfactante cuando se usa en sistemas no-acuosos como reducciones asfálticas. Los surfactantes recomendados son catiónicos y actúan como una interfase de transición entre la arcilla y el sistema orgánico.

La relación óptima arcilla-surfactánte se determina fácilmente ajustándola experimentalmente hasta lograr máxima viscosidad. En sistemas de reducciones asfálticas la relación típica y óptima de arcilla-surfactánte está entre 8 – 12 partes de arcilla a 1 parte de surfactánte. Este rango se debe a la variación en reducciones, surfactántes y el tamaño de partícula de la arcilla attapulgita en uso.

Al trabajar en sistemas no.acuosos, el método recomendado para adicionar la arcilla es el de pre-dispersión descrito para sistemas acuosos. En reducciones asfálticas el surfactánte se debe adicionar a una porción del sistema y mezclarse vigorosamente. Después se debe adicionar la arcilla para obtener un 20 por ciento en peso de la concentración de ésta y mezclar hasta que se observe un espesamiento máximo. Finalmente, el resto de la reducción y otros ingredientes de la fórmula se adicionan y mezclan hasta lograr una consistencia uniforme.

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USOS y APLICACIONES DE LAS BENTONITAS

La Bentonita es una roca compuesta por más de un tipo de minerales, aunque son las esmectitas sus constituyentes esenciales y las que le confieren sus propiedades características.

Su definición parte de 1888 en que fueron descubiertas y clasificadas como tales en Fort-Benton, Wyoming, U.S.A., a causa de una bentonita que poseía propiedades muy especiales, particularmente la de hincharse en el agua, dando una masa voluminosa y gelatinosa.

Las bentonitas son también llamadas "arcillas activadas" debido a su afinidad en ciertas reacciones químicas causada por su excesiva carga negativa.

Los productos comerciales de bentonitas se clasifican en términos generales como:

Montmorillonitas: Arcillas esmécticas con una estructura de capas. El ión aluminio predomina en la estructura pero puede ser reemplazado por otro ión metálico formando una gran variedad de minerales.

Bentonita: Describe generalmente una arcilla compuesta esencialmente de Montmorillonita.

Bentonita Sódica: Es una Montmorillonita que se encuentra en forma natural y que contiene un alto nivel de iones de sodio. Se hincha al mezclarse con el agua. También se conoce como "Wyoming Bentonita" o "Western Bentonita".

Bentonita Cálcica: Es una Montmorillonita en la que el catión intercambiable predominante es el calcio. No exhibe la capacidad de hinchamiento de la bentonita sódica, pero tiene propiedades absorbentes. También es llamada "Southern, Texas o Mississippi Bentonita ".

La denominación Tierras de Fuller tiene que ver con el procesado de aceites. Bajo la denominación de Tierras de Fuller se ofrecen arcillas de composición mineralógica diversa. Lo más habitual es que estén compuestas por esmectitas cálcicas y/o paligorskita, y, menos frecuentemente, sepiolita. Sin embargo, también se han comercializado Tierras de Fuller con ópalo como constituyente más abundante, acompañado de montmorillonita, e incluso con halloysita y caolinita como otros minerales de la arcilla.

Aplicaciones Industriales

Las bentonitas propiedades muy amplias y atractivas lo que hace que sus usos sean muy amplios y diversos.

Sus aplicaciones industriales más importantes son:

Arenas de moldeo

La bentonita se utiliza en la fabricación de moldes para fundición, a pesar de que la industria ha empezado a utilizar otras tecnologías y ha ido sustituyendo a las bentonitas por otros productos.

El proceso conocido como fundición es aquel en el que un metal fundido es vaciado en un molde que tiene la forma del artículo que se va a producir, el cual se obtiene una vez enfriado y solidificado el metal.

Las arenas de moldeo están compuestas por arena y arcilla, generalmente bentonita, que proporciona cohesión y plasticidad a la mezcla, facilitando su moldeo y dándole resistencia suficiente para conservar la forma adquirida después de retirar el molde y mientras se vierte el material fundido.

La proporción de las bentonitas en la mezcla varia entre el 5 y el 10%, pudiendo ser ésta tanto sódica como cálcica, según el uso a que se destine el molde. La bentonita sódica se usa en fundiciones de mayor temperatura que la cálcica por ser más estable a altas temperaturas, suelen utilizarse en fundición de acero, hierro dúctil y maleable y en menor medida en la gama de los metales no férreos. Por otro lado la bentonita cálcica facilita la producción de moldes con más complicados detalles y se utiliza, principalmente, en fundición de metales no férreos.

Las especificaciones desarrolladas por las asociaciones de industrias de fundición para las Bentonitas, abarcan propiedades tales como contenido de humedad, índice de hinchamiento, valor de pH y límite líquido entre otras.

Lodos de perforación

A pesar de los numerosos cambios que han tenido las formulaciones de los lodos de perforación, la bentonita sigue utilizándose en gran medida.

Los lodos de perforación son los fluidos bombeados que circulan a través del pozo mientras este es perforado. Su composición se ajusta a medida que cambian las exigencias, de acuerdo con la profundidad de la perforación y los otros materiales encontrados.

Las funciones que debe cumplir el lodo de perforación son:

•  Control de presiones de formación y estabilización de las paredes

•  Enfriamiento de la herramienta de perforación

•  Sellamiento o formación de un recubrimiento delgado e impermeable contra la pared del pozo que no dejar filtrar agua en la formación geológica.

•  Permitir la adición de agentes densificantes

•  Producción de una presión hidrostática suficiente para estabilizar la pared y conservar en la formación geológica sus fluidos.

•  Remoción de escombros del fondo del pozo y transporte de los mismos a la superficie.

•  Soporte de parte del peso del taladro.

•  Transmisión de potencia hidráulica a la broca

Una gran variedad de minerales industriales y productos químicos es utilizada en la formación de lodos de perforación, pero siempre, el ingrediente más importante es la Bentonita y su utilización se basa en el incremento de la viscosidad del lodo, que garantiza una efectiva extracción a la superficie de los escombros.

Peletización

La bentonita se ha venido desde hace más de cincuenta años como agente aglutinante en la producción de pelets del material previamente pulverizado durante las tareas de separación y concentración.

Aunque no existen especificaciones estandarizadas para este uso, se emplean bentonitas sódicas, naturales o activadas, puesto que son las únicas que forman buenos pelets con las resistencias en verde y en seco requeridas, así como una resistencia mecánica elevada tras la calcinación.

Absorbentes

La elevada superficie específica de la bentonita, le confiere una gran capacidad tanto de absorción como de adsorción. Debido a esto se emplea en decoloración y clarificación de aceites, vinos, sidras, cervezas, etc. Tienen gran importancia en los procesos industriales de purificación de aguas que contengan diferentes tipos de aceites industriales y contaminantes orgánicos.

Se utiliza además como soporte de productos químicos, como por ejemplo, herbicidas, pesticidas e insecticidas, posibilitando una distribución homogénea del producto tóxico.

Material de Sellado

Las bentonitas se pueden utilizar como material de sellado en depósitos de residuos tanto tóxicos y peligrosos, como radiactivos de baja, media y alta actividad. Las bentonitas se utilizan en mezclas de suelos con el fin de disminuir su permeabilidad. De esta forma se impide el escape de gases o lixiviados generados en el depósito.

El proceso normal consiste en mezclar la arena con bentonitas, aunque recientemente ha surgido una tendencia en el diseño de barreras de impermeabilización basada en geomembranas y geotextiles. Esto se forma mediante una barrera de arcilla compactada ente dos capas, una de geotextil y otra de geomembrana.

La geomembrana es impermeable, mientras que el geotextil es permeable, de modo que permite a la bentonita hinchar, produciendo la barrera de sellado compactada.

Esta utilidad de las bentonitas como material de sellado se basa fundamentalmente en algunas de sus propiedades características, como son: su elevada superficie específica, gran capacidad de hinchamiento, buena plasticidad y lubricidad, alta impermeabilidad, baja compresibilidad. Las bentonitas más utilizadas para este fin son las sódicas, por tener mayor capacidad de hinchamiento.

Tierras Físicas

En zonas rocosas o volcánicas en que es difícil obtener valores satisfactorios de resistencia es común utilizar Bentonita como agregado al terreno en el que se instalará la puesta a tierra, con el fin de mejorar las descargas.

Fabricación de jabones

La Bentonita constituye una carga muy interesante para los jabones, por su poder emulsionante o por su afinidad por las partículas carbonadas al efecto detergente. Entre sus propiedades y ventajas tenemos su gran poder emulsionante y acción detergente debido a la suspensión viscosa del gel que contiene; su capacidad de dispersarse en el agua más rápidamente que los otros jabones por el hecho de contener arcilla en estado coloidal; su propiedad de cambios de base que ablanda las aguas duras y corrige el exceso de álcalis del jabón realizando un efecto autoprotector sobre los tejidos; asi como

Sus propiedades emulsivas, saponificación más rápida e íntegra de materias grasas; la desecación o envejecimiento mucho menor que en los otros jabones y buena estabilidad después de la obtención rápida del equilibrio del agua y su baja sensibilidad a la deformación y reblandecimiento en el agua caliente.

Ingeniería Civil

Las bentonitas se utilizan para cementar fisuras y grietas de rocas, absorbiendo la humedad para impedir que esta produzca derrumbamiento de túneles o excavaciones, para impermeabilizar trincheras, estabilización de charcas, etc.

Sus principales usos son:

•  Aumenta la capacidad del cemento de ser trabajado y su plasticidad.

•  Ayuda a la estabilización y soporte en la construcción de túneles.

•  Como lubricante y rellenando grietas en tuberías

•  Como soporte de excavaciones.

•  Creación de membranas impermeables en torno a barreras en el suelo

•  En las obras puede ayudar a evitar el desplome de paredes lubricándolas con lechadas de bentonita.

•  Proporciona seguridad en el caso de rotura de cables enterrados en tomas de tierra.

En excavaciones, los barros de bentonita son usados para proveer soportes de paredes no mecánico. Los barros de bentonita también pueden ser usadas como un lubricante para el hinchamiento del molde, perforación de pilotes y fundaciones similares. También son usadas en una gran variedad de materiales de construcción incluyendo ladrillos, cemento portland, productos de yeso, caños para cloacas y azulejos.

Alimentación animal

La Bentonita tiene aplicaciones en la preparación de alimentos concentrados para animales, como adsorbente de toxinas, como aglutinante en los procesos de peletización o formación de gránulos y como aditivo nutricional.

Su aplicación como ligante en la fabricación de alimentos pelletizados para animales se emplea ampliamente en la alimentación de pollos, cerdos, pavos, cabras, corderos, y ganado vacuno. Actúa como ligante y sirve de soporte de vitaminas, sales minerales, antibióticos y de otros aditivos

Recientemente se empezó a incorporar a la alimentación de aves de corral reportándose importantes beneficios como el incremento de la producción de huevos, su tamaño y el endurecimiento de su cáscara.

La bentonita tiene una doble misión: actúa como promotor del crecimiento y como atrapador de toxinas. Esto se debe a que el alimento mezclado con bentonita, debido a su gran capacidad de adsorción, permanece más tiempo en la zona intestinal, la arcilla adsorbe el exceso de agua, y hace que los nutrientes permanezcan más tiempo en el estómago, siendo mayor su producción. Por otro lado adsorben toxinas, no pudiendo éstas, por tanto, atravesar las paredes intestinales. La mayor adsorción de agua de los nutrientes, además, hace que los excrementos sean menos húmedos, así los lechos permanecen más tiempo limpios y se reduce la probabilidad de epidemias y la proliferación de moscas y parásitos.

Es un agente natural adsorbente de toxinas especialmente de aflatoxina. Actúa por aspersión sobre los granos de cereales, oleaginosas y sus subproductos, impidiendo la proliferación de hongos causados por la humedad y la temperatura y, eliminando las toxinas, para lo cual utiliza su alto poder astringente, su gran capacidad de adherencia y su condición fungicida.

Al ponerse en contacto con el agua y los jugos digestivos, ejerce una acción destoxificadora en el tracto intestinal del animal, formando un complejo indisoluble y estable entre las micotoxinas y la bentonita que al no ser asimilable se elimina con las heces.

Como aglutinante, no transmite sabor ni olor a los alimentos y ofrece un excelente comportamiento en la fabricación de pelets o gránulos actuando como lubricante y aumentando la dureza.

Como aditivo nutricional favorece la interacción con proteínas, péptidos y aminoácidos a través de enlaces débiles, mejorando los rendimientos zootécnicos. además se comporta cono vehículo para el suministro de vitaminas, minerales, antibióticos y otros suplementos alimenticios.

Catálisis

Son muchas las aplicaciones de las arcillas como catalizadores en diferentes procesos químicos. Así, son utilizadas en reacciones de desulfuración de gasolina, isomerización de terpenos, polimerización de olefinas, cracking de petróleo, etc.

Las propiedades catalíticas de las bentonitas son resultado directo de su elevada superficie específica y localización de centros ácidos (activación ácida).

Por esta razón la búsqueda de la maximización de la superficie específica es una línea habitual de investigación y aplicación de arcillas.

Industria farmacéutica

Desde hace tiempo las bentonitas se vienen usando como excipiente por la industria farmacéutica debido a que no son toxicas ni irritantes. Gracias a que no pueden ser absorbidas por el cuerpo humano se utilizan para la elaboración de preparaciones tanto de uso tópico como oral. Se utiliza como adsorbente, estabilizante, espesante, agente suspensor y como modificador de la viscosidad.

Su principal uso es la preparación de suspensiones tópicas, geles y soluciones.

Clarificación de vinos y jugos

La clarificación artificial o provocada, en contraposición a las clarificación espontánea que se produce naturalmente en los vinos, tiene por fin la obtención en tiempo más o menos breve, la limpidez del vino.

La clarificación artificial consiste en el agregado de determinadas substancias en estado coloidal, las cuales al coagular y flocular, arrastran por acción fisico-química a los compuestos coloidales del vino. Estas sustancias empleadas para clarificar los vinos, se llama clarificantes.

La Bentonita es el clarificante de mayor difusión , debido a su bajo costo, ser totalmente inerte, inalterable, de fácil aplicación y notable acción estabilizadora sobre el vino.

Los mismos criterios resultan aplicables para la clarificación de jugos en general y de frutas en especial.

Otros usos

Además de los usos campos de aplicación industrial indicados anteriormente, las bentonitas se utilizan:

•  Como abrasivos (estabilizador de arco, formador de escoria, como auxiliar de extrusión, etc.)

•  Como absorbente: se aplica en la industria de los absorbentes en cama de mascotas y como desecante.

•  Como portadores de pesticidas y otros biocidas

•  En agricultura para mejorar las propiedades de suelos arenosos o ácidos, asi mismo se utilizan esmetitas sódicas para recubrir ciertos tipos de semillas, de forma que su tamaño aumente, y resulte más fácil su distribución mecánica, a la vez que se mejora la germinación.

•  En aplicaciones cerámicas como agente de suspensión y plastificante en vidrios. P

•  En electrodos para soldadura como estabilizadores del arco, protectores de grupos de soldaduras, agentes de fundición y modificadores de escoria

•  En la industria del papel (desteñir el papel reciclado, control de pitch, clarificación de aguas servidas, auxiliar de retención, cobertura, papel de copia sin carbón, etc.)

•  En pinturas son usadas en pinturas tixotrópicas o impermeables.

•  En porcelanas eléctricas la bentonita es usada como un plastificante que incrementa la resistencia en seco y quemado y reduce la absorción

•  Para desarrollar el color en leucocolorantes, en papeles autocopiativos, se utilizan bentonitas activadas con ácido.

•  Para la fabricación de pinturas, grasas, lubricantes, plásticos, cosméticos, se utilizan arcillas organofílicas, capaces de hinchar y dispersarse en disolventes orgánicos, y utilizarse, por lo tanto, como agentes gelificantes, tixotrópicos o emulsionantes.

•  Para pesticidas y otros biocidas son ampliamente usadas como transportadores en seco y diluyentes.

•  Para plásticos la bentonita reduce la permeabilidad del gas en películas plásticas

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Los tipos de arcillas caoliníferas

Un caolín es una arcosa o arena caolínifera, granito o gneis caolinitizado que contiene una cierta proporción de minerales del grupo de caolín, que puede ser extraída y concentrada.

Por otra parte, la arcilla caolinífera es considerada un caolín, ya que se trata de una arcilla compuesta de minerales del grupo del caolín. La arcilla caolinífera no se procesa, se usa tal cual, e inicialmente los porcentajes en minerales del grupo del caolín son más altos que en el caolín (>50%). Cuando el caolín se usa para cerámica blanca recibe la denominación de China Clay.

Tipos de arcillas caoliníferas

Existen varios tipos de arcillas caoliníferas utilizadas para la fabricación de materiales cerámicos refractarios, las llamadas arcillas refractarias, de alto valor industrial.

Dentro de este grupo pueden incluirse las denominadas:

• Ball-clays, o arcillas caoliníferas plásticas son dispersables en agua, de color grisáceo o negras aunque al cocer cambian a blanco. Son considerados los materiales más interesantes para la fabricación de cerámica blanca de gran calidad.
• Las fire-clays o arcillas refractarias, debido a que suelen tener óxidos de hierro, este tipo de arcillas no cuece en blanco.
• Las flint-clays o arcillas caoliníferas duras, debido a que carecen de plasticidad se utilizan principalmente para la fabricación de refractarios silicoaluminosos.
• Las Tonsteins (Underclays), son muy similares a las flint-clays, son consideradas niveles volcánicos.

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